1、电子式数字绝缘电阻测试仪,设计概要,深圳胜利高电子科技有限责任公司西安胜利仪器有限责任公司,引言：,什么是绝缘？ 所谓绝缘就是使用不导电的物质将带电体隔离或包裹起来，以对触电起保护作用的一种安全措施。良好的绝缘对于保证电气设备与线路的安全运行，防止人身触电事故的发生是最基本的和最可靠的手段。绝缘通常可分为气体绝缘、液体绝缘和固体绝缘三类。在实际应用中，固体绝缘仍是最为广泛使用，且最为可靠的一种绝缘物质。在有强电作用下，绝缘物质可能被击穿而丧失其绝缘性能。,在上述三种绝缘物质中，气体绝缘物质被击穿后，一旦去掉外界因素（强电场）后即可自行恢复其固有的电气绝缘性能；而固体绝缘物质被击穿以后，则不可逆
2、地完全丧失了其电气绝缘性能。因此，电气线路与设备的绝缘选择必须与电压等级相配合，而且须与使用环境及运行条件相适应，以保证绝缘的安全作用。,此外，由于腐蚀性气体、蒸气、潮气、导电性粉尘以及机械操作等原因，均可能使绝缘物质的绝缘性能降低甚至破坏。而且，日光、风雨等环境因素的长期作用，也可以使绝缘物质老化而逐渐失去其绝缘性能。各种线路与设备在不同条件下所应具备的绝缘电阻大致如下：一般情况下，新装或大修后的低压不应低于0.5M；运行中的低压线路与设备，其绝缘电阻不应低于1000/V；在潮湿场合下的设备与线路，其绝缘电阻不应低于500/V；控制线中的绝缘电阻一般不应低于1M，而高压线路与设备的绝缘电阻一
3、般不应低于1000M。,什么是绝缘电阻？ 绝缘体有阻止电流通过的特性，但若加上高电压时，会有少许的漏电流流过绝缘体的内部或表面。绝缘电阻是表征绝缘体阻止漏电流通过能力的大小，阻值愈大愈好，通常以百万欧（M）计。绝缘电阻会因材质劣化、表面附着之有机物、尘埃及水滴等而减小。在GB10064-88 固体绝缘材料绝缘电阻的试验方法中，把绝缘电阻定义为：与试样接触或嵌入试样的两个电极之间的绝缘电阻，是加在电极上的直流电压与施加电压一定时间后电极间总电流之比，它取决于试样的体积电阻和表面电阻。,为什么绝缘电阻测试如此重要？,当电气绝缘出现故障时会发生什么情况？ 电气绝缘不仅仅是包着电线的塑料聚合物材料，它
4、是由电缆绝缘层、套管绝缘子、线管内空间、马达和通用设备组成的完整系统。机械压力、污染和温度变化都能造成这些组件随时间而恶化，使电流发生漏泄。电流漏泄会产生以下的几个问题：,当电流穿过绝缘层时产生热量，会使绝缘层恶化，直到最终绝缘失效，并会形成火灾隐患。 当通讯线路绝缘电阻下降，会使信号传输损耗增大，出现不同通道信号串扰、通讯质量变差，可靠性下降。漏泄电流必需返回至源极，它将流经任何可用的导体、线管、管道、水或大地返回到源极。这种不利的电流会产生危险的电压。漏泄电流是没有效率的。经绝缘层漏泄的电流并不能驱动马达、发光或加热，但是仍然会产生消耗。,漏泄电流会引起过流保护装置跳闸，使马达和变压器过热
5、。 结果就是差的电气绝缘造成设备发生故障、生产线停工，通讯中断，甚至人身伤害。,什么是绝缘电阻测试？ 一个电气系统就象是管道系统一样，电压好比是液体压力，电流好比是液体的流速，而电气绝缘就好比是管壁。绝缘防止电子从导体发生漏泄其作用的大小是用绝缘电阻表示的。,有效的绝缘电阻系统具有高的电阻值，通常大于几个兆欧（M）。差的绝缘系统具有较低的绝缘电阻。为了发现管道系统中的渗漏，您需要对其加压。,由于在水压最高时最容易发现渗漏现象，所以您不能关闭自来水来检查渗漏。但是，您会限制可用的自来水，这样就能够在发现大的漏洞时不至于在周围喷洒出太多的水。比较理想的测试是在高（但也并不是特别高）压下提供有限的水
6、量。这正是电气绝缘测试仪要做的事情。绝缘测试仪会在绝缘系统上加直流电压，并测量由此产生的电流。这样就能够计算并显示绝缘的电阻值（绝缘将电流束缚在电线中的程度，或者说防止电流漏泄的程度）。便携式绝缘测试仪一般输出的测试电压为50 V、100 V、250 V、500 V 、1000 V或2500V。正象在管道系统中那样，目的是提供一个并非是特别高的压力（电压）。我们希望发现已有的漏泄，但是并不希望对系统造成过应力而产生新的漏泄。较低的电压用于低压系统，例如电话、网络或控制线路；较高的压力用于测试电力系统绝缘。绝缘电阻测试是测试和检验电气设备的绝缘性能的比较常规的手段, 所使适用的设备包括马达、变压
7、器、开关装置、控制装置和其他电气装置中绕组、电缆以及所有的绝缘材料。同时也是高压绝缘试验的预备试验, 在进行比较危险和破坏性的实验之前,先进行绝缘电阻的测试,可以提前发现绝缘材料的比较大的绝缘缺陷, 并提前采取相应的措施, 避免完全破坏被试物的绝缘。,绝缘电阻测试的作用 通过测试系统中不同组件的绝缘电阻（变压器、开关装置、导线、马达），技术员就可以隔离并修复发生故障的部件。技术员利用测试来检验导线和地或者相邻导线之间的高绝缘电阻。两个常见的例子就是测试马达绕组和马达底座之间的绝缘，以及检查相导体和搭铁线/机笼之间的电阻。在给系统加电之前，利用绝缘测试验证它是健全的，能够改善系统的性能；绝缘测试
8、能够发现制造工艺问题和设备缺陷，而这些问题在设备发生故障之前一般是发现不了的。在欧盟，该项测试是强制性的，即使对最小的民用系统也是如此。,一般绝缘电阻测试的项目 绝缘电阻测试最佳的方法由被测设备类型和测试目的所确定。除简单的短时测试绝缘电阻外，在带有绕组或电介质材料的被试物或电容的测量中,吸收比和极化指数是判断其绝缘特性非常重要的指标。 绝缘电阻： 在绝缘结构的两个电极之间施加的直流电压值与 流经该对电极的泄漏电流值之比。 R=U/I，常用单位：（M）兆欧吸收比： 在同一次试验中，1min（分钟）时的绝缘电阻值与15s（秒）时的绝缘电阻值之比。用缩写DAR来表示。,极化指数： 在同一次试验中，
9、10min时的绝缘电阻值与1min时的绝缘电阻值之比。用缩写PI来表示。 相对于绝缘电阻，吸收比和极化指数这两个指标具有更多的优越之处。如绝缘电阻对于温度、湿度等环境条件的变化非常敏感，在不同的温度、湿度等环境下，绝缘电阻也会产生非常大的变化（尤其是温度）。因此不同环境中所进行的绝缘电阻的测量结果是不能直接进行比较分析的。因此必须对绝缘电阻进行温度折算，将测量结果归算到20，才能进行比较和分析。而吸收比和极化指数则不需要进行温度归算，因为它们的测量结果是在同一个环境下测量出来的。根据测得的试品1分钟时的绝缘电阻值的大小以及吸收比，可检出绝缘是否有贯通性的集中缺陷、整体受潮或贯通性受潮。,预防性
10、试验规程对变压器绝缘电阻的要求： 绝缘电阻换算至同一温度下，与前一次测试结果相比应无显著变化，一般不低于上次值的70。35kV及以上变压器应测量吸收比，吸收比在常温下不低于1.3；吸收比偏低时可测量极化指数，应不低于1.5。绝缘电阻大于10000 M时，吸收比不低于1.1或极化指数不低于1.3。 应当指出：只有当绝缘缺陷贯通于两极之间，测得其绝缘电阻时才会有明显的变化。若设备绝缘只是局部缺陷，而两极之间仍保持有部分良好绝缘时。绝缘电阻降低很少，甚至不发生变化。因此不能检出这种局部的缺陷。,绝缘材料的绝缘电阻并不是一个恒定的值，当绝缘材料吸收水份或表面有灰尘或瓷件表面有污垢时，绝缘材料的绝缘电阻
11、就会大大地降低。绝缘电阻之所以会降低是由于吸收水份受脏后相当于并联了一个相当数值的电阻，使绝缘材料的总电阻下降。绝缘电阻降低后泄漏电流就增大。所以绝缘电阻可以判断内部绝缘材料是否受潮，或外绝缘表面是否有缺陷。对外绝缘而言，如果擦干净后，即可恢复其绝缘性能，说明不了外绝缘的绝缘性能本质。对内绝缘而言，也不能表示其老化程度与损伤情况(这些绝缘性能要由介质损失角及局部放电试验来测定)。所以绝缘电阻，吸收比试验，极化指数是一项在低电压下测定的绝缘性能。它们能反映一部分影响绝缘性能的原因。,绝缘电阻测试中使用的测量仪器,在早期的绝缘电阻测试中常用的就是兆欧表，俗称“摇表”、“迈格表”，常用的国产兆欧表有
12、ZC-7、ZC-11、ZC-25等型号。,兆欧标的额定电压有250、500、1000、2500V等几种，兆欧表主要由作为电源的手摇发电机 ( 或其他带整流电路的交流发电机 ) 和作为测量机构的磁电式流比计( 双动线圈流比计 )组成。测量时，实际上是给被测物加上直流电压，测量其通过的泄漏电流，在表的盘面上读到的是经过换算的绝缘电阻值。,兆欧表的测量原理如图所示： G为手摇发电机，R1、R2为兆欧表内部保护电阻、r1、r2为双动线圈流比计的两个线圈内阻，其中r1为测量组线圈，r2为参考组线圈。在接入被测电阻 Rx 后，构成了两条相互并联的支路，当摇动手摇发电机时，两个支路分别通过电流 I1 和 I
13、2 ，可以看出：,考虑到两电流之比与偏转角满足的函数关系，不难得出： =f(Rx) 可见，指针的偏转角仅仅是被测绝缘电阻 Rx 的函数，而与电源电压没有直接关系。,虽然测量的读数与电压无关，但是由于整个测量的能量都是由手摇发电机产生的，当发电机发出的电力超出一定范围内或变化较大时，就会带来测量的误差。后来随着电子器件的发展，利用DC/DC技术产生测量所需要高压成为了替代手摇发电机的最终方法。采用DC/DC技术，可以提供稳定可靠的高压电源，并且没有机械磨损寿命更长、重量更轻更适合于携带。,由于双动线圈流比计没有恒磁场和游丝归位机构，对环境磁场和仪表的摆放是有要求的，这给现场的测量带来很大的不便，
14、而指针的偏转角和被测绝缘电阻 Rx 的函数不是简单的线性关系，所以在表盘上的M读数也不是均匀分布的，即使采用DC/DC方式和使用动圈指针表来改善表头的环境适应能力的方法制作兆欧表，也解决不了非线形刻度盘。这使得兆欧表的测量准确度不能得到提高。随着现代工业测量的需要兆欧表要有更高的测量准确度和简洁的操作，更多的智能特性可以更方便可靠的测量绝缘电阻。,数字电子兆欧表是利用电池供电的内置DC/DC高压发生器和利用ADC进行转换测量、数字显示的测量绝缘电阻仪表，常见的以ICL7106等万用表芯片为核心设计的兆欧表，其原理如下：,R1、R2构成电压采样的分压器、R3为测量回路电流采样电阻，+U为高压源，
15、RX为被测绝缘电阻。测量原理： VIN=+U*R2/（R1+R2） VREF=Ix*R3。 因为RXR3，Ix=+U/Rx， 所以VREF=+U*R3/Rx。,VD=K*VIN/VREF =+U*R2/（R1+R2）/+U*R3/Rx=RX*k*R2/（R1+R2）*R3 可见显示读数与被测电阻成线性关系。合理的选取R1、R2、R3就可以使显示的读数与被测电阻大小相一致。,数字显示电子兆欧表显示直观，使用方便，具有很高的稳定性和精度，但对于测量吸收比和极化指数等参数还是需要人工计算。随着仪器智能化的发展，用嵌入式单片机来进行仪表的控制和辅助运算变的非常容易，智能型的绝缘电阻测试仪可以很方便的测
16、量不同测试电压，不同量程下的绝缘电阻、吸收比、极化指数、电压、电阻等参数，成为一种高性能、廉价的测试仪表。,VICTOR312X 电子式绝缘电阻测试仪,设计参照： FLUKE F1520 1KV 数字绝缘电阻测试仪 FLUKE F1587/1577 绝缘测试多用表 KYORITSU 3023 数字绝缘电阻/通断测试仪 KYORITSU 3125 高压数字绝缘电阻测试仪 UNI-T UT513数字绝缘电阻测试仪 VC60系列 绝缘电阻测试仪,基本特性： 本系列仪器是一台智能微型仪器即绝缘测试仪器，整机电路设计采用微机技术设计为核心，以大规模集成电路和数字电路相组合，配有强大的测量和数据处理软件，
17、完成绝缘电阻、电压等参数测量，性能稳定，操作简便。对于适用于现场电力设备以及供电线路的测量和检修的用户，本仪器是您的理想的选择。符合IEC61010-1：2001安全标准进行设计和生产，符合过电压标准（CATIII 600V）和污染等级的安全标准及IEC61557-1：1997、IEC61557-2：1997安全标准要求。自动释放电压功能。USB接口数据传输。大屏幕LCD白色背光。,条形图显示测量结果。可选用专用电源适配器供电。高压提示符。实际输出电压值与测量绝缘电阻值同时显示。温度测量、24小时时钟/日期、泄漏电流显示。自动关机功能。在设定060分钟内无操作仪器自动关闭。760组数据存储功能
18、（手动存储260组，作业存储500组）设定测试时间TIME功能：在指定时间内自动执行测量。PI 测量（极化指数测量）DAR测量（吸收比测量）SV测量（步进电压测量）内置实时时钟，可为记录和测量工作提供准确计时。面板校准技术，无需打开机壳便可进行校准,测量基本技术指标 技术规格 应用标准IEC 61010-1：2001 CAT.III 600V 污染度2； CAT.I 5000V 污染度2IEC 61010-2-031 （手持式探针要求标准）IEC 61557-1：1997IEC 61557-2：1997,测量范围和精确度 误差极限：( 读数的% +计数 ) ，保证期一年。 （说明：“计数”代表
19、最低有效数位所增加或减少的数目。） 环境温度：235C 环境湿度：4575%RH, 05000V（分辨率 1V）： 10% + 10 此模式适用于确认被测物中充电电荷的放电状态。测量时，将监视器中显示的测量电压值做为标准使用。请注意外部施加交流电压时显示的数据并非正确值。, 可以测量仪表所处环境的温度，并以摄氏度或以华氏度来显示。,显 示：液晶显示, 显示最大读数为999 （1T 时显示120 计数）电压量程：最大6000计数条形图：最大36段采样率：大约0.55 次 / 秒 温度测量速率：1次 / 5s低电池警告：电池图（4个格）超限指示：“OL”标志出现在绝缘电阻范围上自动量程功能,单位显
20、示：具有功能、电量单位符号显示使用环境条件： 海拔2000m以下精确度保证温湿度范围：23C5C / 相对湿度75%以下（无结露）操作温度与湿度范围：5C40C / 相对湿度75% 以下（无结露）存储温度与湿度范围：-10C55C / 相对湿度75% 以下（无结露）过载保护：绝缘电阻功能：AC1200V/10秒 电压功能：AC720V/10秒耐电压: AC 8320V(50/60Hz)/5秒(在电路和外箱之间)绝缘阻抗：1000M 或更大/ DC 1000V(在电路和外箱之间)外形尺寸：210mm(L) 155mm(W) 95mm(D)重 量：1750g（不包含电池）,电流消耗：约1.2A（最
21、大）（平时保持在约40mA）,测量时间：约为10小时电池电压：9.0V绝缘电阻: 5000V、量程100 M 关闭背光时。,附 件：测试线组合：G000031B、G000031G、G000032碱性电池1.5V(LR14) 8节电源适配器：A000027接口软件光盘：EIRM-CDUSB接口线用户手册：E100034携带箱：C210118,技术方案： 简单的数字式绝缘电阻测试仪。较简单的的数字绝缘电阻测试仪采用ICL7106/ICL7135等双斜积分型AD转换IC为核心，通过结合DC/DC电路、扩展量程电路来进行绝缘电阻的测量。这种方案原理简单成本低，功能相对单一，不能直接得到吸收比和极化指数
22、，自动化程度低，扩展能力差。,智能数字式绝缘电阻测试仪。利用单片机的数据处理能力和控制，结合基本的测量电路，可以使得功能单一的测试系统具有操作简便，测量结果直观，多参数测量、计算，数据记录，通过数据接口的连接与计算机可以相互通讯，控制，可嵌入至流水线作业系统中。通过单片机的智能控制，可使得误操作得以避免，防止因被测物带电带来的测量误差或设备损坏，大大的提高了测试的可靠性和安全程度。,系统构成及原理说明： 系统构成原理框图：,原理简介： 仪表采用内置的8节C型（国产2号,R14型）电池或外接12V专用的交流电源适配器作为整机电源。12V的电源经过稳压/电源管理电路后为仪表提供所需的各种电源电压。 DC/AC电路将12V的直流变为合适的交流信号，经过升压电路整流滤波后得到约250V5000V的负极性直流高压连接到LINE端子，作为绝缘测试的激励电压。在LINE和EARTH端连接被测绝缘电阻Rx，激励电压将在被测电阻Rx回路中产生电流Ix流进EARTH端。那么依据欧姆定律，被测电阻两端的电压Ux与流经被测电阻上的电流Ix之比（Rx=Ux/Ix）即为被测电阻阻值。通过ADC分别测量出Ux和Ix，再经过CPU计算显示出被测绝缘电阻的阻值。,谢谢观赏,
